(57)【要約】【課題】    レールの表面をハンマーなどにより打撃することなく、静加圧力手段にて、レールに傷や亀裂を発生せず、作業が静かであり、作業量も軽減し、作業が簡単となり、楽な姿勢で作業ができ、また品質も安定、均一となり、圧痕の位置決めおよび形状が不揃いとならず、正確な位置に均一な効果を発揮し得る圧痕を確実に施すことができるレールボンド端子の溶接方法及び圧痕工具を提供する。【解決手段】  レールの胴部表面にレールの長手方向に沿って略平行状態にレールボンド端子を銅テルミット溶接によってレールに溶接する工程と、前記工程によって溶接されたレールボンド端子の溶接外縁部の、しかも前記レールボンド端子を中心として略平行線からそれぞれ上下斜めに略４５°放射方向のライン上の所定４箇所に所要の静加圧手段による静加圧工程によって、凹状の塑性変形領域を形成するようにしたこと。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レールの胴部表面にレールの長手方向に沿って略平行状態にレールボンド端子を銅テルミット溶接によってレールに溶接する工程と、前記工程によって溶接されたレールボンド端子の溶接外縁部の、しかも前記レールボンド端子を中心として略平行線からそれぞれ上下斜めに略４５°放射方向のライン上の所定４箇所に所要の静加圧手段による静加圧工程によって、凹状の塑性変形領域を形成するようにしたことを特徴とするレールボンド端子の溶接方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレールボンド端子の溶接方法において、前記上下斜めに略４５°放射方向のライン上の所定４箇所に形成される、凹状の塑性変形領域は、前記各ラインに対し、それぞれ所要角をもって交叉する状態で、しかも所要長さおよび所要深さに形成されていることを特徴とするレールボンド端子の溶接方法。
【請求項３】
請求項１乃至２に記載のレールボンド端子の溶接方法において、前記斜めに略４５°放射方向のライン上の所定４箇所に形成される、凹状の塑性変形領域は、所要の静加圧手段による静加圧工程によって、４箇所同時に形成するようにしたことを特徴とするレールボンド端子の溶接方法。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載のレールボンド端子の溶接方法において、前記斜めに略４５°放射方向のライン上の所定４箇所に形成される、凹状の塑性変形領域は、前記所要の静加圧手段による静加圧工程によって、４箇所のうちの２箇所を同時に形成し、さらに、残りの２箇所を、同時に形成する工程とを含むことを特徴とするレールボンド端子の溶接方法。
【請求項５】
基板の前方下面に先端形状を円弧状とした一対の圧痕形成爪を、把手の長手方向中心線に対し略４５°の角度をもって対称に設けるとともに前記基板の把手側の下面に、当接安定用突子を設けたことを特徴とする請求項１乃至４に記載のレールボンド端子の溶接方法に用いる圧痕工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、レールの疲労強度の低下を軽減するようにしたレールボンド端子の溶接方法及び圧痕工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  近年、在来線のレール（普通レール、熱処理レール）におけるレールボンド端子などの取り付け方法としては、種々の方法が提案されているが、中でも特に溶接部の接合強度が高く、高度の技能を必要としない銅テルミット溶接工法が比較的多く使用されている。
この銅テルミット溶接工法は、熱化学反応（テルミット反応）を応用した溶接方法であり、原理は酸化銅とアルミニウムとの混合粉末（銅テルミット剤）を治具を構成するルツボ内で燃焼させ、それによって生じた熱を利用してレールボンド端子をレールの胴部表面に溶接するようにしたものである。【０００３】  しかしながら、このような銅テルミット溶接工法は、簡便で、高強度を実現できる溶接方法であるが、溶接外縁部に残留応力が残り、このためレールの疲労強度が低下するといわれている。例えば、三木他による「溶接止端部改良による疲労強度向上法」溶接学会論文集、第１７巻、第１号にも記載されているように、溶接継ぎ手部の疲労強度を向上させるためには、溶接止端部における応力集中を低減させることと、溶接により生じる引張残留応力を低減させることが効果的であることが知られている。
また、前記論文の中には、これらの応力緩和方法として、ＴＩＧ処理、グラインダー処理と併せてハンマーピーニング処理がある程度の効果があることも記載されている。【０００４】  ところで、前記ハンマーピーニング処理とは、溶接止端部をハンマーで打撃してレールを塑性変形させ、その変形に伴って生じる押圧側の残留応力によって溶接時の引張残留応力を緩和し、結果的に溶接による疲労強度の低下を縮小させるものである。
また、前記同論文の中にも記載されているように、前記ハンマーピーニング処理は、残留する引張応力が最も高いとされる周縁部にハンマー打撃を加えることによって、疲労強度はある程度向上するが、その反面レールに傷が発生し、この傷を基点として疲労亀裂が発生することが知られている。【０００５】  また、溶接による溶融部を取り囲む熱影響部の周縁部に引張応力が残留しており、この引張応力が疲労強度の低下と亀裂の発生とに関係していることが知られている。
さらにまた、残留引張応力が最も高いとされる熱影響部の溶接周縁部ではなく、レールボンド端子の周縁部を先端がドーム状のハンマー打撃によって凹状の塑性変形を生じさせ、溶接による疲労強度の低下を防止することもできるものである。【０００６】  特に、前記溶接を銅テルミット溶接工法によって行った場合は、レールの溶接部と熱影響部はレールボンドの溶着金属の下に隠れているので、熱影響部の周縁部を直接押圧あるいはピーニングすることができないが、レールボンドの溶着金属に覆われていない部分の周囲に沿ってレールの表面をハンマーで打撃することができ、これにより、凹状の塑性変形を形成することができることは、例えば特開２００２−３４６７７１号公報に示すように公知である。
【特許文献１】特開平２００２−３４６７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  ところが、上記従来技術のようにレールの表面をハンマーで打撃することは、騒音が出ることとなり、しかも、その打撃作業をレールボンドの溶着金属に覆われていない部分の周囲に沿って行うことは作業量の増加及び作業が厄介となり、また、打撃の強さを、均一に保つことが難しく、圧痕の形が不揃いとなり、均一な効果を発揮し得る圧痕を施すことができないという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  この発明は、上記課題を解決することを目的とし、請求項１に係る発明は、レールの胴部表面にレールの長手方向に沿って略平行状態にレールボンド端子を銅テルミット溶接によってレールに溶接する工程と、前記工程によって溶接されたレールボンド端子の溶接外縁部の、しかも前記レールボンド端子を中心として略平行線からそれぞれ上下斜めに略４５°放射方向のライン上の所定４箇所に所要の静加圧手段による静加圧工程によって、凹状の塑性変形領域を形成するようにしたことを特徴とする。【０００９】  また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のレールボンド端子の溶接方法において、前記上下斜めに略４５°放射方向のライン上の所定４箇所に形成される、凹状の塑性変形領域は、前記各ラインに対し、それぞれ所要角をもって交叉する状態で、しかも所要長さおよび所要深さに形成されていることを特徴とする。【００１０】  また、請求項３係る発明は、請求項１乃至２に記載のレールボンド端子の溶接方法において、前記斜めに略４５°放射方向のライン上の所定４箇所に形成される、凹状の塑性変形領域は、所要の静加圧手段による静加圧工程によって、４箇所同時に形成するようにしたことを特徴とする。【００１１】  また、請求項４係る発明は、請求項１乃至３に記載のレールボンド端子の溶接方法において、前記斜めに略４５°放射方向のライン上の所定４箇所に形成される、凹状の塑性変形領域は、前記所要の静加圧手段による静加圧工程によって、４箇所のうちの２箇所を同時に形成し、さらに、残りの２箇所を、同時に形成する工程とを含むことを特徴とする。【００１２】  また、請求項５に係る発明は、基板の前方下面に先端形状を円弧状とした一対の圧痕形成爪を、把手の長手方向中心線に対し略４５°の角度をもって対称に設けるとともに前記基板の把手側の下面に、当接安定用突子を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】  本発明の請求項１記載に係るレールボンド端子の溶接方法によれば、レールの表面をハンマーなどにより打撃することなく、静加圧手段による静加圧作用にて騒音を発せずに凹状の塑性変形領域を形成するので、レールに傷や亀裂が発生せず、作業が静かであり品質も安定、均一となり、作業量も軽減し、作業が簡単となり、楽な姿勢で作業ができるものであり、また、圧痕形成に際しては、予め圧痕形成条件に対応して、圧痕の強さ、長さ、深さ、形状等をその都度選択的に調整決定して作業を適正に行うことができるとともに圧痕の位置決めおよび形状が不揃いとならず、正確な位置に均一な効果を発揮し得る圧痕を確実に施すことができるなどのなどの効果がある。【００１４】  また、本発明の請求項２記載に係るレールボンド端子の溶接方法によれば、上下斜めに略４５°放射方向のライン上の所定４箇所に形成される、凹状の塑性変形領域は、前記各ラインに対し、それぞれ所要角をもって交叉する状態で、しかも所要長さおよび所要深さに形成されたものであるから、従来のレールボンドの溶着金属に覆われていない部分の周囲に沿って行われるものに比してに圧痕作業がきわめて容易であり、しかも、充分に溶接による疲労強度の低下を防止得る効果がある。【００１５】  また、本発明の請求項３記載に係るレールボンド端子の溶接方法によれば、斜めに略４５°放射方向のライン上の所定４箇所に形成される、凹状の塑性変形領域は、所要の静加圧手段によって、４箇所同時に形成されるものであるから、作業が簡単で、しかも、正確であるなどの効果がある。【００１６】  また、本発明の請求項４記載に係るレールボンド端子の溶接方法によれば、斜めに略４５°放射方向のライン上の所定４箇所に形成される、凹状の塑性変形領域は、所要の静加圧手段によって、４箇のうちの２箇所を同時に形成し、さらに、残りの２箇所を、同時に形成ものであるから、静加圧手段の静加圧を小容量かつ小型化し、携帯に便なるものとすることができる効果がある。【００１７】  また、本発明の請求項５記載に係る圧痕工具によれば、基板の前方下面に先端形状を円弧状とした一対の圧痕形成爪を、把手の長手方向中心線に対し略４５°の角度をもって対称に設けるとともに前記基板の把手側の下面に、当接安定用突子を設けたものであるから、圧痕形成時における、圧痕形成爪の先端を、レールの胴部表面の圧痕形成所定箇所に、前記当接安定用突子により確実に位置せしめて正確な圧痕形成を行うことができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】  本発明は、レールの表面をハンマーなどにより打撃することなく、レールに傷や亀裂が発生せず、作業が静かであり、また、静加圧手段によるため騒音を発せず作業量も軽減し、作業が簡単となり、楽な姿勢で作業ができ、また、品質も安定、均一となり、圧痕の位置決めも不揃いとならず、正確な位置に均一な効果を発揮し得を圧痕を確実に施すことができるレールボンド端子の溶接方法及び圧痕工具を提供する。
【実施例】
【００１９】  以下、図面を参照して本発明に係るこの発明のレールボンド端子の溶接方法及び圧痕工具の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、銅テルミット溶接工法を適用する一般的な治具を構成するルツボの一例を示す一部切欠斜視図である。図２は、レールボンド端子の実施例を示す斜視図である。図３は、この発明に係るレールボンド端子の溶接方法を説明するための治具の正面図であって、静加圧手段を油圧または空圧シリンダーによるものとした場合の一例を示すものである。図４は、同静加圧手段をネジ式シリンダーによるものとした場合の一例を示すものである。図５は、図３の右側面であって、圧痕工具の使用状態の一例を示した図である。図６は、この発明の圧痕形成完成状態を示す説明図である。図７は、レールボンド端子をレール胴部一側面に溶接した状態の一例を示す斜視図である。図８、（ａ）〜（ｃ）は圧痕形成工程の一例を示す説明図である。図９は、圧痕工具の一例を示す平面図、図１０は、同側面図である、図１１は、同斜視図である。図１２は、圧痕工具の使用の一例を示した説明図である。図１３、図１４は、他の例を示す平面図である。【００２０】  図１において、１は、従来から使用されている銅テルミット溶接工法を適用するレールボンド端子の溶接用の治具である。
この治具１は、凹部２ａを形成したルツボ本体２と、湯道３と、この湯道３に連接する半円形の切り口４ａを形成した銅溶着部４とから構成されている。
前記ルツボ本体２の凹部２ａには、テルミット剤５とそれを覆うように点火剤６が投入されている。
初期の段階では、凹部２ａの底口はスチールディスク７で塞がれている。【００２１】  このような治具１を使用して、銅テルミット溶接工法により前記半円形の切り口４ａとほぼ同形の筒状のレールボンド端子８（図２に示す）を、レール１０の胴部１０ａの面に溶接（１１）する。
この筒状のレールボンド端子８には、レールボンド（電線）８ａがカシメなどにより固着されている。８ｂは、前記銅溶着部４に位置して溶接される固着部である。【００２２】  さらに詳細に説明すると、まずこの筒状のレールボンド端子８をルツボ本体２の半円形の切り口４ａに、レール１０（例えば普通レール、熱処理レール）の長手方向（例えばレールの胴部１０ａの面）に沿って挿入し、このルツボ本体２によりレールボンド端子８をレール１０の胴部１０ａに溶接する際には、図示しないガスバーナによりこのルツボ本体２の内部を中心に加熱する。【００２３】  次にレール１０を必要に応じて予熱する。余熱しない場合もある。
次いで、ガスバーナによりレール１０の胴部１０ａにレールボンド端子８を溶接する部分を加熱する。その際、ガスバーナの火炎を溶接面に直角に当て吹管を円状に動かしながら均等に加熱する。【００２４】  次いで、前記治具１をレール１０に、図示しないハンドルを開いてレール頭部１０ｂに図示しないボンド取付金具を乗せ仮取付を行う。
次にレールボンド端子８をルツボ本体２の半円形の切り口４ａに、レール１０の胴部１０ａの面に沿って挿入すると、レールボンド端子８に設けた固着部８ｂは、銅溶着部４に位置に止まる。【００２５】  ここで図示しないハンドルを閉じてレール１０にしっかりと固定し、レール１０とルツボ本体２の間に隙間やガタが生じないよう確実に取り付ける。
この状態で、前記ルツボ本体２の上方からスチールディスク７をルツボ本体２内の中間、すなわち、前記湯道３の上方部に上向きにセットし、銅テルミット剤５を投入する。【００２６】  更に点火剤６を投入して柄の長いライターなどで点火させると、点火とほぼ同時に反応し、数秒間銅テルミット剤５が燃焼した後、スチールディスク７も溶融して溶融銅が湯道３を通って銅溶着部４に流れ、この銅溶着部４において溶着すべきレールボンド端子８とレール１０とを密着させておけば、この銅溶着部４の適正な位置に止まっているレールボンド端子８の固着部８ｂは、溶融銅によってレール１０の胴部１０ａに確実に溶接（１１）される。【００２７】  このように、この発明においては、図７に示すようにレール１０の胴部１０ａにレールボンド端子８を溶接させる際には、上述のような銅テルミット溶接工法を適用させるのである。
まず、前記ルツボ本体２の半円形の切り口４ａに、銅溶着部４の適正な位置に止まるように形成した筒状のレールボンド端子８をレール１０の胴部１０ａの面に沿って挿入させ、ルツボ本体２の上方で銅テルミット剤５を点火させると、銅が湯道３を通って銅溶着部４においてレールボンド端子８の固着部８ｂがレール１０の胴部１０ａに確実に溶接される。【００２８】  しかして、レール１０の胴部１０ａに溶接されたレールボンド端子８の溶接部外縁部は、残留応力が残り、疲労強度の低下することが知られており、またこの残留応力の解消方法として、レールボンド端子の外縁部にハンマー打撃を加えることによって凹状の塑性変形を生じさせるこれによって、溶接による疲労強度の低下を防止させることが知られている。【００２９】  図３乃至図５において、１２は圧痕形成用治具本体であって、レール１０に跨設可能に２股状に形成されており、前記２股状部の一方、即ちレール１０の胴部一側面（レールボンド端子溶接側面）に位置する側には、所要の例えば油圧または空圧シリンダー１３あるいはネジ加圧式１４による静加圧手段がネジ１３ａにより着脱自在に設けられており、また、前記２股状部の他方は、前記静加圧手段による静加圧力を受ける受体１５がネジ１５ａにより着脱自在に設けられている、１３ｂは油圧または空圧シリンダー１３の作動ハンドル、１３ｃは作動解放レバーである。１６は前記圧痕形成用治具本体１２をレール１０へ取付けるためのネジ体、１７，１８は同ストッパーであって、前記ネジ体１６と共働して、前記圧痕形成用治具本体１２をレール１０に安定的に取付けることができるように設けられている。１９は、手下げ用把手である。【００３０】  図９乃至図１１において、２０は圧痕工具の基板であって、前記基板２０の前方下面には先端形状を円弧状２１ａとした一対の圧痕形成爪２１が長手方向中心線ａ’に対し略４５°の角度をもって対称的に設けており、また、前記基板２０の把手２２側の下面には、圧痕形成時に、前記圧痕形成爪２１をレール１０胴部の圧痕形成箇所に、安定的に当接できる当接安定用突子２３が設けられている。図１２において、２１ｂは圧痕を示すものである。
なお、図１３は、圧痕形成爪２１を長手方向中心線ａ’に対し上方に、当接安定用突子２３を下方にそれぞれ設けられた場合を示し、図１４は、圧痕形成爪２１および当接安定用突子２３をを長手方向中心線ａ’に対し、上下斜めに略４５°にそれぞれ対向して設けたものである。【００３１】  圧痕形成に際しては、図８の（ａ）に示すように圧痕形成用治具本体１２をレール１０の頭部に跨るように位置させ、次に同図の（ｂ）に示すようにネジ１５ａにより受体１５をレール１０の胴部側面に当接し、さらに、前記圧痕形成用治具本体１２をネジ体１６、ストッパー１７，１８により、前記レール１０の所定位置に取付ける。次に、図１２の（１回目）および図８の（ｃ）に示すように、圧痕形成爪２１をレール１０胴部の圧痕形成所定箇所に位置させ、この状態で油圧または空圧シリンダー１３による静加圧力により所定圧痕の２１ｂを形成するものである。
また、圧痕形成後は、作動解放レバー１３ｃにより、油圧または空圧シリンダー１３の加圧力を解放し、前記圧痕形成爪２１を図１２の（２回目）に示すように反対側の圧痕形成所定箇所の位置にさせ、前記と同様の作用にて、所定の圧痕２１ｂを形成するものである。【００３２】  なお、同形の圧痕工具を２個用いて、図１２に示すように、各圧痕形成爪２１を圧痕形成所定箇所に位置にさせ、４箇所同時に圧痕２１ｂを形成することもできる。
また、図１３，１４に示すような圧痕形成爪２１を設けた圧痕工具にても所定の圧痕２１ｂ形成することもできることは無論である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】  なお、本実施例では、特に、レールにレールボンド端子を銅テルミット溶接によって溶接する工程と、この銅テルミット溶接によって溶接する工程によってレールに溶接されたレールボンド端子の溶接外縁部を、ハンマー打撃によらない所要の静加圧手段で静加圧する工程とを含むものであるから、レールの表面をハンマーなどにより打撃しないので、レールに傷や亀裂が発生せず、作業が静かであり、作業量も軽減し、作業が簡単となり、楽な姿勢で作業ができ、また品質も安定、均一となり、圧痕の位置決めおよび形状が不揃いとならず、正確な位置に均一な効果を発揮し、得る圧痕形成できることで、レールボンド端子の溶接方法に適用できること勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  銅テルミット溶接工法を適用する一般的な治具を構成するルツボの一例を示す一部切欠斜視図である。
【図２】  レールボンド端子の実施例を示す斜視図である。
【図３】  この発明に係るレールボンド端子の溶接方法を説明するための治具の正面図である。
【図４】  この発明に係るレールボンド端子の溶接方法を説明するための治具の正面図である。
【図５】  圧痕工具の使用状態の一例を示すを説明する図である。
【図６】  この発明に係るの圧痕形成状態を示す説明図である。
【図７】  レールボンド端子をレール胴部一側面に溶接した状態の一例を示す斜視図である。
【図８】  圧痕形成工程の一例を示す説明図である。
【図９】  圧痕工具の一例を示すを説明する図である。
【図１０】  同側面図である。
【図１１】  同斜視図である。
【図１２】  圧痕工具の使用状態の一例を示すを説明する図である。
【図１３】  圧痕工具の他の実施例を示す平面図である。
【図１４】  圧痕工具の他の実施例を示す平面図である。
【符号の説明】
１          レールボンド端子の溶接用の治具
２          ルツボ本体
２ａ        凹部
３          湯道
４          銅溶着部
４ａ        半円形の切り口
５          テルミット剤
６          点火剤
７          スチールディスク
８          筒状のレールボンド端子
８ａ        レールボンド（電線）
８ｂ        固着部
１０        レール
１０ａ      レール胴部
１０ｂ      レール頭部
１１        溶接
１２        圧痕形成用治具本体
１３        油圧または空圧シリンダー
１３ａ      ネジ
１３ｂ      作動ハンドル
１３ｃ      作動解放レバー
１４        ネジ加圧式
１５        受体
１５ａ      ネジ
１６        ネジ体
１７        ストッパー
１８        ストッパー
１９        手下げ用把手
２０        基板
２１        圧痕形成爪２１
２１ａ      円弧状
２１ｂ      圧痕
２２        圧痕把手
２３        当接安定用突子
ａ−ａ      レールボンド端子の長手方向中心線
ａ’−ａ’  基板の長手方向中心線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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